轻松拿捏C语言——自定义类型之【结构体】

 

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目录

1. 结构体类型的声明

2. 结构体变量的创建和初始化

3. 结构体内存对齐

4. 结构体传参

5. 结构体实现位段

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1. 结构体类型的声明

结构体是一些值的集合

这些值叫做 成员或 分量或 域或 项。

结构的每个成员变量可以是不同的类型

例如描述一个学生：

struct Stu{ char name[20];//名字 int age;//年龄 char sex[5];//性别 char id[20];//学号}; //分号不能丢

这是结构体的声明

struct 是结构体关键字，struct Stu 是这个结构体类型名 

2. 结构体变量的创建和初始化

#include struct Stu{ char name[20];//名字 int age;//年龄 char sex[5];//性别 char id[20];//学号};int main(){ //按照结构体成员的顺序初始化 struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" }; printf("name: %s\n", s.name); printf("age : %d\n", s.age); printf("sex : %s\n", s.sex); printf("id : %s\n", s.id);  //按照指定的顺序初始化 struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "⼥" }; printf("name: %s\n", s2.name); printf("age : %d\n", s2.age); printf("sex : %s\n", s2.sex); printf("id : %s\n", s2.id); return 0;}

在进行结构体声明时，也可以进行不完全声明：

//匿名结构体类型struct{ int a; char b; float c;}x;struct{ int a; char b; float c;}a[20], *p;

上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签

上⾯的两个声明是完全不同的两个类型。

匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使⽤⼀次 。

在结构中包含⼀个类型为该结构本⾝的成员是不可以的

例如 ：

struct Node{ int data; struct Node next;};

这是错误的用法。

因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量，这样结构体变量的大小就会⽆穷的⼤，是不合理的 

正确自引用方式：

struct NOde{ int data; struct Node* next;//定义一个结构体类型指针};

在结构体自引用使用的过程中，夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名，也容易引入问题，比如：

typedef struct{ int data; Node* next;}Node;

 这是错误用法，因为Node是对前面的匿名结构体类型的重命名产⽣的，但是在匿名结构体内部提前使用Node类型来创建成员变量，这是不行的

所以定义结构体不要使用匿名结构体了

typedef struct Node{ int data; struct Node* next;}Node;

3. 结构体内存对齐

结构体成员在内存中存在对齐现象

内存对齐的原因：

        1、平台原因（移植原因）：

不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常

        2、性能原因：

数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要⼀次访问。

所以结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法，提高程序运行效率，节省空间

对齐规则：

        1. 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

        2. 其他成员变量的首地址与结构体首地址的偏移量要为 该成员对齐数的整数倍

                对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值

                VS 中默认的值为 8 ， Linux中 gcc 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

        3、结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）的 整数倍

        4、 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

如果我们把让占用空间小的成员尽量集中在⼀起，更节省空间，比如：

struct S1{ char c1; int i; char c2;};struct S2{ char c1; char c2; int i;};

S1中结构体大小为 12字节，S2结构体大小为8，因为S2中两个char类型的变量放在了一起（放在int类型的前后都一样，都是8）.

我们可以使用#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对齐数

#include #pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1struct S{ char c1; int i; char c2;};int main(){ printf("%d\n", sizeof(struct S)); return 0;}

这里结果为6，因为默认对齐系数改为了1，所以是1+4+1 

可以用#pragma pack()//取消设置的对齐数，还原为默认

4. 结构体传参

结构体传参的时候，要传结构体的地址

struct S{ int data[1000]; int num;};struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};//结构体传参void print1(struct S s){ printf("%d\n", s.num);}//结构体地址传参void print2(struct S* ps){ printf("%d\n", ps->num);}int main(){ print1(s); //传结构体 print2(&s); //传地址 return 0;}

print1和print2这两个函数中，print2函数更好，

因为函数传参的时候，参数是需要压栈，会有时间和空间上的系统开销。

如果传递⼀个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。 

5. 结构体实现位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1. 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 或者是 char 等类型，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。（一般就是int家族）

2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。

例如：

struct A{ int _a:2; int _b:5; int _c:10; int _d:30;};

 这里位段A所占内存大小为8字节

位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的

位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段

跟结构体相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在：

        1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

         2. 位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32，写成27，在16位机器会出问题。

        3. 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配，标准尚未定义。

         4. 当⼀个结构包含两个位段，第⼆个位段成员比较大，无法容纳于第⼀个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。

位段的几个成员共有同⼀个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位 置处是没有地址的。

内存中每个字节分配⼀个地址，⼀个字节内部的bit位是没有地址的。

所以不能对位段的成员使用&操作符，这样就不能使用scanf直接给位段的成员输入值，只能是先输入放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员。

例如：

struct A{int _a : 2; int _b : 5; int _c : 10; int _d : 30;};int main(){ struct A sa = {0}; scanf("%d", &sa._b);//这是错误的  //正确的⽰范 int b = 0; scanf("%d", &b); sa._b = b; return 0;}

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 本文内容结束啦，希望各位大佬多多指教！

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敬请期待下篇~